[发明专利]准三维膦腈共价有机框架材料及其制备方法和用途

说明书

本发明属于有机多孔材料吸附剂领域，具体涉及准三维膦腈共价有机框架材料及其制备方法和用途。本发明提供了一种准三维膦腈共价有机框架材料，其结构如式Ⅰ所示。本发明提供的准三维膦腈共价有机框架材料及其制备方法，不仅可以大大降低COFs材料的制备成本和难度，而且有效实现了二维COFs碘吸附速率和容量的实质性提高，为核事故应急响应等突发事件中放射性碘的快速富集和分离提供了有效的解决途径。

技术领域

本发明属于有机多孔材料吸附剂领域，具体涉及准三维膦腈共价有机框架材料及其制备 方法和用途。

背景技术

作为一种主要的气态裂变产物，放射性碘是放射性核废物和核事故中最重要的放射性污 染物之一，它易于挥发、流动性强、扩散速度快，在实际环境中处理处置的难度非常巨大。 此外，放射性碘极长的放射性半衰期(¹²⁹I-1.57×107年)、高的辐射性(¹³¹I)和生物相容性 也使其成为生态环境安全和人类健康的潜在威胁，若不加以妥善处理将会严重制约核能的发 展和应用。另一方面，放射性碘在医学领域却有着重要的应用价值。例如，¹³¹I可用于甲状腺 功能的检查和甲状腺疾病的治疗；¹²⁵I发出的低能γ射线可用于简便、高精确度、低剂量率的 骨密度测定；各种类型的碘标记化合物也在疾病诊断和治疗上发挥着重要作用。因此，无论 是从核能的可持续发展和环境保护角度，还是从提高核能的附加值角度出发，快速、高效地 对反应堆中产生的放射性碘进行有效地分离和富集都具有非常重要的现实意义。

目前，液体吸收法和固体吸附法是去除放射性碘的主要方法，液体吸收法因存在稳定性 差、不易存储、易产生二次污染等问题，很难在实际环境中使用。固体吸附法是最为常用的 放射性气体碘的富集和储存方法，被广泛研究和应用。然而，传统使用的活性炭、银负载的 分子筛等固相吸附材料存在活性位点少、吸附容量低、稳定性差等严重的缺陷，特别是这些 材料存在着一个较为严重的问题，即材料对碘的吸附速率较为缓慢，往往难以满足核事故等 突发情况下对大量放射性碘的快速富集和固定的现实需求。因此，设计和制备吸附速率快、 吸附容量大、稳定性高的固相吸附材料，用于突发核事故及其它核能应用领域所产生的放射 性碘的快速、高效、安全的分离和富集对核能安全和可持续发展具有极为重要的意义。

准三维膦腈共价有机框架材料(Covalent Organic Frameworks,COFs)是通过有机构筑基 元聚合形成的具有周期性结构的有机晶态多孔材料。COFs材料以其大的比表面积，优异的理 化稳定性，结构和活性吸附位点的可设计性等特性，使其在气体储存、核素分离、电子器件 和催化等领域具有巨大的应用潜力。近年来，因操作简单、吸附容量高、可回收利用等优点， COFs材料用于放射性碘吸附领域受到越来越多的关注。已经报道的COFs材料主要分为二维 和三维两种结构类型。相比于三维COFs材料，二维COFs合成步骤更简单，成本更低廉， 单体种类更加丰富，结构可设计和可调控性更强，因此，用于碘吸附的研究主要集中在二维 结构COFs材料上，研究侧重点为通过结构设计提高COFs对碘的吸附容量以及探究结构对